DE68918989T2 - Corrosion protection. - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Entfernung von Eisenverunreinigungen, die im allgemeinen in wäßrigen Systemen gefunden werden. Das vorliegende Verfahren liefert ein Mittel zur Vertreibung und Entfernung von Eisen(III)krustengebilden, die in Systemen gebildet worden sind, die Eisen und/oder auf Eisen basierende Legierungskomponenten in Kontakt mit dem wäßrigen System aufweist.The present invention relates to a new process for removing iron contaminants commonly found in aqueous systems. The present process provides a means for expelling and removing ferric scales formed in systems containing iron and/or iron-based alloy components in contact with the aqueous system.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Anwendung eines im wesentlichen nicht-toxischen Verfahrens zur Entfernung von Korrosionsprodukten aus eisenhaltigen Metallen, die in Kontakt mit wäßrigen Systemen stehen, bei dem diese Produkte aus dem System effektiv vertrieben und entfernt werden. Das Verfahren beschreibt und beansprucht die Verwendung mindestens einer benachbart-gepaarten- oder ortho-dihydroxyaromatischen Verbindung, die ferner mindestens eine elektronenziehende Gruppe an dem aromatischen Ring gebunden enthält.The present invention relates to the use of a substantially non-toxic process for removing corrosion products from ferrous metals in contact with aqueous systems, in which these products are effectively expelled and removed from the system. The process describes and claims the use of at least one adjacent-paired or ortho-dihydroxyaromatic compound which further contains at least one electron-withdrawing group bonded to the aromatic ring.
Die vorliegende Erfindung wird anhand ihrer Verwendung in Verbindung mit Kühlwassersystemen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt und kann effektiv in Verbindung mit anderen wäßrigen Systemen verwendet werden, die mit auf Eisen basierendem Legierungsmaterial in Kontakt stehen und insbesondere bei schwierig zu kontrollierenden Systemen, die Bedingungen wie erhöhten pH-Wert, hohe Temperaturen und/oder hohe Härteniveaus bieten wie Heizkessel (Boiler), Wärmetauscher und dergleichen.The present invention is described in terms of its use in connection with cooling water systems. However, the invention is not so limited and can be effectively used in connection with other aqueous systems in contact with iron-based alloy material and particularly in difficult to control systems that present conditions such as elevated pH, high temperatures and/or high hardness levels such as boilers, heat exchangers and the like.
Die Vertreibung und/oder Entfernung von Eisenkorrosionsgebilden ist bei Kühlwassersystemen wesentlich, um die Anlage frei von Störungen/Verstopfungen zu halten und ein effizientes System zu erzeugen, indem die Fließrate und der Wärmeaustausch maximiert werden. Von einer Eisen(III)oxidkruste ist bekannt, daß sie sich in diesen Systemen aufbaut und eine beträchtliche Abnahme von deren Effizienz verursacht. Die Eisenoxidkruste ist insbesondere störend, weil sie in wäßrigem Medium extrem wenig löslich ist und sich daher in der Anlage ablagert und aufbaut, wodurch die Fließrate verringert und der Wärmeaustausch beeinträchtigt wird. Es besteht daher ein Bedarf an Additiven, die in der Lage sind, die Eisenkruste zu entfernen und das System frei von einem Krustenaufbau zu halten. Um diese effektiv zu bewirken, muß das Additiv in der Lage sein, die Eisenoxidfeststoffe, die in dem System vorhanden sind, zu vertreiben und zu lösen.The expulsion and/or removal of iron corrosion formations is essential in cooling water systems to keep the system free from interference/clogging and to create an efficient system by maximizing flow rate and heat exchange. Iron(III) oxide scale is known to build up in these systems and cause a significant decrease in their efficiency. Iron oxide scale is particularly troublesome because it is extremely insoluble in aqueous media. and therefore deposits and builds up in the system, reducing the flow rate and impairing heat exchange. There is therefore a need for additives that are capable of removing the iron scale and keeping the system free from scale buildup. To do this effectively, the additive must be able to dislodge and dissolve the iron oxide solids present in the system.
Es gibt viele Mittel, die für die Entfernung von Eisenkruste vorgeschlagen worden sind. Um unter den in Kühlsystemen und dergleichen üblicherweise angetroffenen Bedingungen brauchbar zu sein, muß ein Produkt in der Lage sein, die folgende Kombination von rigirosen Kriterien zu erfüllen:There are many agents that have been proposed for the removal of iron scale. To be useful under the conditions normally encountered in refrigeration systems and the like, a product must be able to meet the following combination of rigorous criteria:
1) Auflösung der alten Rostkruste,1) Dissolution of the old rust crust,
2) Auflösung von Feststoffen aus Eisen(III)oxiden und Eisen(III)hydroxiden, die Materialien sind, die normalerweise bei Kühlwasserbedingungen mit hohem pH-Wert unlöslich sind und normalerweise sehr harte Plättchen mit hohem Calcium- und Magnesiumgehalt sind,2) Dissolution of solids of iron(III) oxides and iron(III) hydroxides, which are materials that are normally insoluble in high pH cooling water conditions and are normally very hard platelets with high calcium and magnesium content,
3) die Fähigkeit zur Kontrolle der Bildung von neuer Rostkruste wie Eisen(III) über einen ausgedehnten Zeitraum,3) the ability to control the formation of new rust crusts such as iron(III) over an extended period of time,
4) die Fähigkeit, die Eisenkruste aus dem System zu entfernen, ohne lediglich die Feststoffe von ihrer Stelle der Bildung zu vertreiben, da solche Feststoffe dazu neigen, an anderen Stellen mit kleineren Dimensionen eingefangen zu werden, was ein Verstopfen des Systems verursacht,4) the ability to remove the iron crust from the system without merely expelling the solids from their place of formation since such solids tend to be trapped in other places of smaller dimensions, causing clogging of the system,
5) Verwendung von Materialien oder Zusammensetzungen, die unter den ungünstigen vorhandenen Bedingungen stabil sind wie hohem pH-Wert (6,5 bis 9,5), hohe Temperatur (z.B. 38 bis 79º C (100 bis 175º F)) und/oder Härte, die mit der Gegenwart von überschüssigen Calcium-, Magnesium- und Carbonationen verbunden ist,5) Use of materials or compositions that are stable under the adverse conditions present such as high pH (6.5 to 9.5), high temperature (e.g. 38 to 79º C (100 to 175º F)) and/or hardness associated with the presence of excess calcium, magnesium and carbonate ions,
6) Verwendung von Material, das in der Lage ist, unter den ungünstigen vorhandenen Bedingungen löslich zu bleiben,6) Use of material capable of remaining soluble under the unfavourable existing conditions,
7) keine Quelle für Korrosion oder Beschleunigung von Korrosion des Systems zu sein,7) not to be a source of corrosion or acceleration of corrosion of the system,
8) die Fahigkeit, Eisenionen in niedrigen Mengen zu komplexieren,8) the ability to complex iron ions in low amounts,
9) die Fähigkeit, die Leistung der Schwellenkrusteninhibitoren in Gegenwart von Eisen zu erhöhen, und9) the ability to increase the performance of the threshold crust inhibitors in the presence of iron, and
10) die Fähigkeit, die Bildung von schützenden Oxidschichten zu fördern, die die Metalloberfläche gegen eine weitere Korrosion passivieren.10) the ability to promote the formation of protective oxide layers that passivate the metal surface against further corrosion.
Es ist leicht ersichtlich, daß Mittel zur Erreichung dieser Kombination von gewünschten Eigenschaften ein hohes Maß an Akzeptanz bei der Kontrolle von Eisenkrusten in Kühlwassersystemen finden würden.It is readily apparent that means to achieve this combination of desired properties would find a high degree of acceptance in the control of iron scale in cooling water systems.
Krustenverhinderung ist das primäre Ziel für die Aufrechterhaltung eines sauberen Systems. Unbeabsichtige Erhöhungen des pH- Werts, der Temperatur, der Konzentrationszyklen, der Fließrate usw. in dem System führen jedoch zur Bildung von etwas Eisenkruste, was durch die normalen Aufrechterhaltungsdosen herkömmlicher Additive nicht verhindert wird. Es besteht daher ein Bedarf an einem Additiv, das Eisenoxidablagerungen entfernt, die sich aufgrund solcher Störungen gebildet haben.Scale prevention is the primary goal for maintaining a clean system. However, inadvertent increases in pH, temperature, concentration cycles, flow rate, etc. in the system will result in the formation of some iron scale that is not prevented by the normal maintenance doses of conventional additives. There is therefore a need for an additive that will remove iron oxide scale that has formed due to such disturbances.
Klassische Verfahren zur Entfernung von Eisenkruste umfassen eine saure oder mechanische Reinigung. Diese Verfahren sind unerwünscht, da sie ein teures Abschalten des zu behandelnden Systems erfordern und zu einer Zerstörung der Anlage via Korrosion und/oder mechanischem Abrieb führen. Ein Mittel zur Entfernung von Eisenkruste während des normalen Betriebs des Kühlwassersystems würde eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit, der Vereinfachung des Betriebs und der Minimierung der Ausrüstungszerstörung bedeuten.Classical methods for removing iron scale involve acid or mechanical cleaning. These methods are undesirable because they require expensive shutdown of the system being treated and result in equipment destruction via corrosion and/or mechanical abrasion. A means of removing iron scale during normal operation of the cooling water system would improve economics, simplify operations and minimize equipment destruction.
Um die Eisenkruste in Kühlwasser zu kontrollieren sind in einem Versuch polymere Additive verwendet worden. Beispielsweise ist in der US-A-3 898 037 die Dispergierung von unlöslichen Eisenverbindungen mit Polymeren aus 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure beschrieben worden. Sulfonierte Polymere sind ebenfalls für diesen Zweck verwendet worden (Proc. Int. Water Conf. Eng. Soc. West. Pa. 1978, 39, 299). Diese Dispergiermittei sind in der Lage, Eisenoxidfeststoffe daran zu hindern, sich abzulagern. Sie lösen jedoch Eisen(III)oxide nicht und entfernen gehärtete oder kristalline Ablagerungen nicht, die häufig in Kühlwassersystemen vorhanden sind.In order to control the iron crust in cooling water, polymer additives were used in an experiment. For example, In US-A-3 898 037 the dispersion of insoluble iron compounds with polymers of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid has been described. Sulfonated polymers have also been used for this purpose (Proc. Int. Water Conf. Eng. Soc. West. Pa. 1978, 39, 299). These dispersants are able to prevent iron oxide solids from depositing. However, they do not dissolve iron(III) oxides and do not remove hardened or crystalline deposits which are often present in cooling water systems.
Es sind Chelatisierungsmittel verwendet worden, um Eisenoxidkrusten durch Sequestrierung zu verhindern und zu entfernen. Ethylendiamintetraessigsäure ist verwendet worden, um Eisenoxidkruste zu entfernen (US-A-2 396 938), ist aber nur in Abwesenheit von überschüssigem Calcium wirksam, das eine übliche Bedingung darstellt, die in Kühlwassersystemen und dergleichen vorliegt. Seine Verwendung kann auch zu einer gesteigerten Korrosion führen. Organophosphate wie Aminotrimethylenphosphonsäure (ATMP) haben sich als sequestrierend für Eisen(III) gezeigt und es dabei bis zu einem pH-Wert von 10 in Lösung gehalten (Dequest, Technical Bulletin 1-247, Monsanto, 1972). Es ist jedoch bekannt, daß diese Organophosphonate im allgemeinen Eisenoxid- oder Eisenhydroxidfeststoffe in Wasser, das hohe Konzentrationen von Calciumionen bei einem pH-Wert von 8 oder höher enthält, nicht lösen. Diese Wasserbedingungen sind typisch für einen normalen Betrieb eines Kühlwassersystems und dergleichen.Chelating agents have been used to prevent and remove iron oxide scale by sequestration. Ethylenediaminetetraacetic acid has been used to remove iron oxide scale (US-A-2,396,938), but is only effective in the absence of excess calcium, a common condition found in cooling water systems and the like. Its use can also lead to increased corrosion. Organophosphates such as aminotrimethylenephosphonic acid (ATMP) have been shown to sequester iron (III), keeping it in solution up to pH 10 (Dequest, Technical Bulletin 1-247, Monsanto, 1972). However, it is known that these organophosphonates generally do not dissolve iron oxide or iron hydroxide solids in water containing high concentrations of calcium ions at a pH of 8 or higher. These water conditions are typical of normal operation of a cooling water system and the like.
Außerdem hat es sich gezeigt, daß diese Organophosphonate bei hohen Niveaus von Calcium ausfallen, was ihre Verwendung zur Eisenkrustenkontrolle in hartem Wasser ausschließt.In addition, these organophosphonates have been shown to precipitate at high levels of calcium, which precludes their use for iron scale control in hard water.
In der JP-A-58133382 sind Verbindungen der allgemeinen Formel JP-A-58133382 describes compounds of the general formula
in der X Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Hydroxy, Alkoxy mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Carboxy ist und Y Wasserstoff oder Hydroxy ist (vorausgesetzt, daß, wenn Y Hydroxy ist, X etwa anderes ist als Hydroxy oder Alkoxy), als Korrosionsinhibitoren für Calciumchloridsalzlösungen beschrieben: eine solche Salzlösung enthält im allgemeinen 15 bis 35 Gew.-% Calciumchlorid. Es ist beschrieben worden, daß die Verbindungen die Korrosion von eisenhaltigen Metallen in Kontakt mit einer solchen Salzlösung unterdrücken: es gibt keine Offenbarung oder einen Vorschlag dafür, daß sie bei der Entfernung von Eisenverunreinigungen aus solchen Systemen, bei der Reinigung (Entfernung) von festen Eisen(III)korrosionsprodukten oder bei der Inhibierung von Calciumkrustenbildung wirksam sein könnten.in which X is hydrogen, alkyl of 1 to 4 carbon atoms, hydroxy, alkoxy of 1 to 4 carbon atoms, or carboxy and Y is hydrogen or hydroxy (provided that when Y is hydroxy, X is something other than hydroxy or alkoxy), as corrosion inhibitors for calcium chloride salt solutions: such salt solution generally contains 15 to 35% by weight calcium chloride. The compounds have been described as suppressing the corrosion of ferrous metals in contact with such salt solution: there is no disclosure or suggestion that they could be effective in removing iron contaminants from such systems, in purifying (removing) solid ferric corrosion products, or in inhibiting calcium scale formation.
Es ist äußerst wünschenswert, ein Mittel zur Vertreibung und Entfernung von aufgebauten Eisenkorrosionsprodukten zu haben, und diese zu dispergieren und zu lösen, während ferner die Bildung solcher Produkte bei Systemen, in denen eine wäßrige Lösung und Eisen oder auf Eisen basierende Legierungsmaterialien miteinander in Kontakt stehen.It is highly desirable to have a means of expelling and removing, dispersing and dissolving built-up iron corrosion products, while also preventing the formation of such products in systems in which an aqueous solution and iron or iron-based alloy materials are in contact with each other.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Eisenkorrosionsprodukten bei Systemen, die eine Wasser-/Eisen- oder auf Eisen basierende Legierungs-Grenzfläche aufweisen, insbesondere bei Kühlwassersystemen oder Wärmetauschersystemen und liefert daher Mittel zur Befreiung der Systeme von solchen Produkten.The present invention relates to a method for removing iron corrosion products from systems having a water/iron or iron-based alloy interface, particularly cooling water systems or heat exchanger systems, and therefore provides a means for ridding the systems of such products.
Das vorliegende Verfahren erfordert die Einführung und Aufrechterhaltung von mindestens einer aromatischen Verbindung in der wäßrigen Komponente des Systems, wobei diese Verbindung 2 Hydroxylgruppen ortho-positioniert, wie benachbart-gepaart, in bezug aufeinander und mindestens eine elektronenziehende Gruppe aufweist, die für ein Wasserstoffatom der aromatischen Gruppe substituiert ist.The present process requires the introduction and maintenance of at least one aromatic compound in the aqueous component of the system, said compound having two hydroxyl groups ortho-positioned, as adjacent-paired, with respect to each other and at least one electron-withdrawing group which is substituted for a hydrogen atom of the aromatic group.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem ein lösliches Additiv zur Reinigung von Kühlwassersystemen von gebildeten Eisenkrusten verwendet wird.The present invention relates to a method in which a soluble additive is used to clean cooling water systems of formed iron crusts.
Es ist unerwarteterweise gefunden worden, daß bestimmte dihydroxyaromatische Verbindungen, die auch elektronenziehende Substituenten enthalten, alle gewünschten Eigenschaften liefern, die in der Beschreibung des Hintergrunds der Erfindung angegeben worden sind. Die Kombination von gepaarten Hydroxylgruppen und mindestens einer elektronenziehenden Gruppe ist wesentlich für die Aufrechterhaltung dieser dihydroxyaromatischen Additive als stabile und lösliche Materialien, die die Fähigkeit aufweisen, die unerwünschten Eisenverunreinigungsfeststoffe unter Kühlwasserbedingungen effektiv zu entfernen.It has been unexpectedly discovered that certain dihydroxyaromatic compounds which also contain electron-withdrawing substituents provide all of the desired properties set forth in the description of the background of the invention. The combination of paired hydroxyl groups and at least one electron-withdrawing group is essential to maintaining these dihydroxyaromatic additives as stable and soluble materials which have the ability to effectively remove the undesirable iron contaminant solids under cooling water conditions.
Die vorliegende Erfindung liefert daher ein Verfahren zur Entfernung von Eisenverunreinigungen aus einem wäßrigen System, bei dem in das System eine wäßrige Lösung eingeführt wird, die eine dihydroxylaromatische Verbindung der Formel:The present invention therefore provides a process for removing iron contaminants from an aqueous system comprising introducing into the system an aqueous solution containing a dihydroxyaromatic compound of the formula:
Q - (AR) - (OH)&sub2;Q-(AR)-(OH)2
umfaßt, in der Ar ein benzolaromatischer Rest ist, Q mindestens eine elektronenziehende Gruppe ist, die an dem Ar-Rest substituiert ist, und die Hydroxyl(OH)gruppen an dem Ar-Rest in orth- Positionen in bezug aufeinander substituiert sind, um eine Konzentration von 0,1 bis 50 ppm der dihydroxylaromatischen Verbindung in dem System zu liefern, und Teile des wäßrigen Systems, die diese Eisenverunreinigungen enthalten, entfernt werden.wherein Ar is a benzene aromatic radical, Q is at least one electron withdrawing group substituted on the Ar radical, and the hydroxyl (OH) groups on the Ar radical are substituted in ortho positions with respect to each other to provide a concentration of 0.1 to 50 ppm of the dihydroxy aromatic compound in the system, and removing portions of the aqueous system containing said iron impurities.
Die Erfindung liefert ferner ein Verfahren zur Entfernung von festen Eisen(III)korrosionsprodukten aus Systemen, die eine Wasser/Eisen- oder auf Eisen basierender Legierung-Grenzfläche umfassen, bei dem in die wäßrige Komponente des Systems eine Lösung eingeführt wird, die eine dihydroxylaromatische Verbindung wie oben definiert umfaßt, um die Korrosionsprodukte zu vertreiben und/oder zu lösen, und Teile des wäßrigen Systems, die diese Korrosionsprodukte enthalten, entfernt werden.The invention further provides a method for removing solid ferric corrosion products from systems comprising a water/iron or iron-based alloy interface, which comprises introducing into the aqueous component of the system a solution comprising a dihydroxyaromatic compound as defined above to drive off and/or dissolve the corrosion products and removing portions of the aqueous system containing these corrosion products.
Die in dem vorliegenden Verfahren zu verwendende Verbindung ist hierin und in den angefügten Ansprüchen als aromatische Verbindung beschrieben, die benachbart-gepaart Dihydroxygruppen oder ortho-Dihydroxygruppen sowie mindestens eine elektronenziehende Gruppe direkt gebunden an den gleichen aromatischen Rest aufweist. Der hierin und in den angefügten Ansprüchen verwendete Ausdruck "gepaart" oder "ortho" bezeichnet die Positionierung von 2 Hydroxygruppen an benachbarten Kohlenstoffatomen eines einzigen benzylischen Rings.The compound to be used in the present process is described herein and in the appended claims as an aromatic compound having adjacent-paired dihydroxy groups or ortho-dihydroxy groups and at least one electron-withdrawing group directly bonded to the same aromatic moiety. The term "paired" or "ortho" as used herein and in the appended claims refers to the positioning of 2 hydroxy groups on adjacent carbon atoms of a single benzylic ring.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden Verbindungen sind aromatische Verbindungen, die gepaarte Hydroxylgruppen und mindestens eine elektronenziehende Gruppe enthalten. Der in dieser Beschreibung und den angefügten Ansprüchen verwendete Ausdruck "aromatisch" soll, solange nichts anderes angegeben ist, benzylische Verbindungen bezeichnen. Der hierin und in den angefügten Ansprüchen verwendete Ausdruck "elektronenziehende Gruppe" bezieht sich auf eine Gruppe, die einen elektronenziehenden induktiven Effekt hat, der dafür bekannt ist, daß er die positive Ladung verstärkt und ein Carboniumion der aromatischen Gruppe destabilisiert. Geeignete elektronenziehende Gruppen umfassen -SO&sub3;H, -SOR, -SO&sub2;R, -NO&sub2;, -F, -Cl, -Br, -CHO, -COR (z.B. -COCH&sub3;), -CONH&sub2;, -CONHR, -CONR&sub2;, -CO&sub2;H und -PO&sub3;H&sub2; (wobei R = eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist). Die bevorzugten Gruppen sind Sulfonyl-, Carboxyl- und Nitrogruppen. Beispiele für die betrachteten Verbindungen sind 3,4-Dihydroxybenzolsulfonsäure (Catechol-4-sulfonsäure), 4-Nitro-1,2-benzoldiol, 3,4- Dihydroxybenzoesäure, 4,5-Dihydroxy-1,3-benzoldisulfonsäure (Catechol-3,5-disulfonsäure) und Salze dieser Säuren. Die Salze werden vorzugsweise mit Alkali- und Erdalkalimetallen gebildet. Die benötigte Verbindung entspricht der Formel:The compounds to be used in the process of the invention are aromatic compounds containing paired hydroxyl groups and at least one electron withdrawing group. The term "aromatic" as used in this specification and the appended claims is intended to refer to benzylic compounds unless otherwise indicated. The term "electron withdrawing group" as used herein and in the appended claims refers to a group having an electron withdrawing inductive effect known to enhance the positive charge and destabilize a carbonium ion of the aromatic group. Suitable electron withdrawing groups include -SO₃H, -SOR, -SO₂R, -NO₂, -F, -Cl, -Br, -CHO, -COR (e.g. -COCH₃), -CONH₂, -CONHR, -CONR₂, -CO₂H and -PO₃H₂. (where R = an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms). The preferred groups are sulfonyl, carboxyl and nitro groups. Examples of the compounds considered are 3,4-dihydroxybenzenesulfonic acid (catechol-4-sulfonic acid), 4-nitro-1,2-benzenediol, 3,4- Dihydroxybenzoic acid, 4,5-dihydroxy-1,3-benzenedisulfonic acid (catechol-3,5-disulfonic acid) and salts of these acids. The salts are preferably formed with alkali and alkaline earth metals. The required compound corresponds to the formula:
Q - (Ar) - (OH)&sub2;,Q - (Ar) - (OH)₂,
in der Ar ein benzolaromatischer Rest ist, Q mindestens eine elektronenziehende Gruppe ist, die am aromatischen Rest substituiert ist und die Hydroxylgruppen in gepaarter Position an der benzolaromatische Ar-Gruppe gebunden sind.in which Ar is a benzene aromatic radical, Q is at least one electron withdrawing group which is substituted on the aromatic radical and the hydroxyl groups are bonded in a paired position to the benzene aromatic Ar group.
Diese aromatischen Verbindungen können in Kombination mit bekannten Wasserbehandlungsadditiven wie Chelatisierungsmitteln, Krusteninhibierungsmitteln (Kesselsteininhibierungsmitteln), pH- Wert-regulierenden Mitteln, Dispergiermitteln, Bioziden und/oder Korrosionsinhibitoren sowie Mischungen derselben verwendet werden. Beispiele von Chelatisierungsmitteln sind N,N,N'N'-Ethylendiamintetraessigsäure und N,N'-Bis(2-hydroxybenzyl)ethylendinitrilo-N,N'-diessigsäure. Beispiele von pH-Wert-regulierenden Mitteln sind Mineralsäuren (z.B. H&sub2;SO&sub4;), organische Säuren (Essigsäure), Basen (z.B. NaOH) und verschiedene Puffer (z.B. Phosphate oder Borate). Beispiele von Krusteninhibierungsmitteln sind Organophosphonate wie beispielsweise Aminotrimethylenphosphonsäure und Hydroxyethyliden-1,1-diphosphonsäure sowie Polyacrylate. Beispiele von Dispergiermitteln umfassen Carboxylatund Sulfonat-enthaltende Polymere. Beispiele von Bioziden sind Chlor und Brom enthaltende Materialien und quartäre Ammoniumsalze. Beispiele von Korrosionsinhibitoren, die zur Verwendung hierin geeignet sind, sind anorganische Säuren (d.h. Phosphorsäure), organische Säuren (d.h. Zitronensäure, HEDPA) und Salze dieser Säuren wie Phosphate, Organophosphonate, Chromate, Molybdate und Zinksalze.These aromatic compounds can be used in combination with known water treatment additives such as chelating agents, scale inhibitors, pH regulating agents, dispersants, biocides and/or corrosion inhibitors and mixtures thereof. Examples of chelating agents are N,N,N'N'-ethylenediaminetetraacetic acid and N,N'-bis(2-hydroxybenzyl)ethylenedinitrilo-N,N'-diacetic acid. Examples of pH regulating agents are mineral acids (e.g. H₂SO₄), organic acids (acetic acid), bases (e.g. NaOH) and various buffers (e.g. phosphates or borates). Examples of scale inhibitors are organophosphonates such as aminotrimethylenephosphonic acid and hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid and polyacrylates. Examples of dispersants include carboxylate and sulfonate containing polymers. Examples of biocides are chlorine and bromine containing materials and quaternary ammonium salts. Examples of corrosion inhibitors suitable for use herein are inorganic acids (i.e., phosphoric acid), organic acids (i.e., citric acid, HEDPA) and salts of these acids such as phosphates, organophosphonates, chromates, molybdates and zinc salts.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von auf Eisen basierender Kruste in Kühlwasser- und ähnlichen Systemen umfaßt die Aufrechterhaltung von 0,1 bis 50 000 Teilen pro 1 000 000 Teile ("ppm"), vorzugsweise 1 bis 2000 ppm und am meisten bevorzugt 5 bis 200 ppm von mindestens einer der betrachteten gepaart dihydroxylaromatischen Verbindungen (einzeln oder mehrere Komponenten) in der wäßrigen Flüssigkeit und die Entfernung von Teilen des wäßrigen Systems, die die Eisenverunreinigungen enthalten. Wenn die betrachteten Mittel verwendet werden, um beschleunigst zu reinigen (ein Korrosion enthaltendes System schnell zu reinigen) werden die Mittel normalerweise in Mengen von 500 bis 5000 ppm verwendet und das System wird bei einem pH- Wert von 6 bis 9,5 (vorzugsweise 6 bis 8) gehalten. Nach der Entfernung von Eisenverunreinigungen kann das System beispielsweise frei von Eisenverunreinigungen gehalten werden, indem die betrachteten Verbindungen in dem System in Konzentrationen von 2 bis 20 ppm aufrechterhalten werden, wobei der pH-Wert 7,5 bis 9,5 (vorzugsweise weniger als 8) beträgt. Die Temperatur des behandelten Systems sollte bei einer Temperatur von Umgebungstemperatur bis 93º C (200º F) und vorzugsweise bei bis zu 71º C (160º F) gehalten werden. Die erfindungsgemäß verwendete Zusammensetzung kann dem Wasser durch herkömmliche By-Pass-Zuführungsmittel (Zuführung in einer Abzweigung) unter Verwendung von das Behandlungsmittel enthaltenden Briketts zugesetzt werden, durch Zugabe der Verbindungen entweder separat oder zusammen als trockene Pulvermischungen zu dem Wasser, oder sie kann als wäßrige Einsatzmateriallösung zugeführt werden, die die Behandlungskomponenten enthält.The process according to the invention for removing iron-based scale in cooling water and similar systems comprises maintaining from 0.1 to 50,000 parts per 1,000,000 parts ("ppm"), preferably from 1 to 2,000 ppm, and most preferably from 5 to 200 ppm of at least one of the contemplated paired dihydroxy aromatic compounds (singly or multiple components) in the aqueous liquid; and removing portions of the aqueous system containing the iron contaminants. When the contemplated agents are used to accelerate clean (to rapidly clean a system containing corrosion), the agents are normally used in amounts of from 500 to 5,000 ppm and the system is maintained at a pH of from 6 to 9.5 (preferably 6 to 8). For example, after removal of iron contaminants, the system can be maintained free of iron contaminants by maintaining the compounds of interest in the system at concentrations of 2 to 20 ppm, with a pH of 7.5 to 9.5 (preferably less than 8). The temperature of the system being treated should be maintained at a temperature of from ambient to 93ºC (200ºF), and preferably up to 71ºC (160ºF). The composition used in the present invention can be added to the water by conventional by-pass feed means using briquettes containing the treating agent, by adding the compounds to the water either separately or together as dry powder mixtures, or it can be fed as an aqueous feed solution containing the treating components.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht in der Verwendung der betrachteten gepaart dihydroxylaromatischen Verbindungen in Kombination mit herkömmlichen Calciumkrusteninhibitoren, wie sie oben angegeben sind. Solche Krusteninhibierungsmittel liefern normalerweise nicht die gewünschten inhibierenden Eigenschaften, wenn das behandelte System Eisenverunreinigungen enthält. Herkömmliche Mittel, die verwendet werden, um Eisen zu vermeiden und zu entfernen, sind wiederum normalerweise in Gegenwart von Calcium und bekannten Calciumkrusteninhibierungsmitteln nicht wirksam.Another embodiment of the invention consists in the use of the contemplated paired dihydroxy aromatic compounds in combination with conventional calcium scale inhibitors as indicated above. Such scale inhibitors do not normally provide the desired inhibiting properties when the treated system contains iron contaminants. Conventional agents used to prevent and remove iron are again normally in Ineffective in the presence of calcium and known calcium crust inhibitors.
Es ist unerwarteterweise gefunden worden, daß herkömmliche Calciumkrusteninhibierungsmittel wie beispielsweise organophosphonate und Polyacrylate in Gegenwart der vorliegenden gepaart dihydroxylaromatischen Mittel wirksam fungieren und effizient sind, wenn das behandelte System Eisenverunreinigungen enthält. Die betrachteten aromatischen Mittel können wiederum eine effektive Entfernung von Eisenverunreinigungen zeigen, wenn sie zusaininen mit Calciumkrusteninhibitoren verwendet werden. Die Calciuminhibitoren und gepaart dihydroxylaromatischen Mittel können in Gewichtsverhältnissen von 1 : 50 bis 50 : 1, vorzugsweise 1 : 10 bis 10 : 1 verwendet werden. Der Calciuminhibitor wird in der Flüssigkeit des zu behandelnden Systems am bevorzugtesten bei 0,1 bis 10 ppm gehalten. Die genaue Menge hängt von den Mengen jeder vorhandenen Verunreinigung ab und kann durch Routineexperimente bestimmt werden.It has been unexpectedly found that conventional calcium scale inhibitors such as organophosphonates and polyacrylates function effectively and efficiently in the presence of the present paired dihydroxy aromatic agents when the system being treated contains iron contaminants. The aromatic agents under consideration can in turn demonstrate effective removal of iron contaminants when used in conjunction with calcium scale inhibitors. The calcium inhibitors and paired dihydroxy aromatic agents can be used in weight ratios of 1:50 to 50:1, preferably 1:10 to 10:1. The calcium inhibitor is most preferably maintained at 0.1 to 10 ppm in the liquid of the system being treated. The exact amount will depend on the amounts of each contaminant present and can be determined by routine experimentation.
Die Verwendung von dihydroxylaromatischen Verbindungen, die elektronenziehende Substituenten (entweder allein oder in Kornbination mit bekannten Additiven für Kühlwasser) enthalten, in wäßrigen Systemen kontrolliert die Eisenkruste in Kühlwassersystemen. Das Ergebnis sind die Freihaltung der Anlage von Störungen/Verstopfungen, maximierte Fließraten und ein maximierter Wärmetransfer sowie minimierte Korrosion und minimiertes biologisches Faulen.The use of dihydroxy aromatic compounds containing electron withdrawing substituents (either alone or in combination with known cooling water additives) in aqueous systems controls iron scale in cooling water systems. The result is system clearance, maximized flow rates and heat transfer, and minimized corrosion and biological fouling.
Die in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten wäßrigen Lösungen umfassen die dihydroxylaromatische Verbindung (und gegebenenfalls Calciumkrusteninhibitor) und können im wesentlichen daraus bestehen.The aqueous solutions used in the processes according to the invention comprise the dihydroxy aromatic compound (and optionally calcium scale inhibitor) and can consist essentially thereof.
Die folgenden Beispiele sind nur zur Illustrationszwecken angegeben. Alle Teile und Prozentsätze beziehen sich, soweit nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht.The following examples are provided for illustration purposes only. All parts and percentages are by weight unless otherwise indicated.
Ein Testwasser wurde hergestellt und enthielt 99 Teile pro 1 Million Teile (ppm) CaSO&sub4;, 13 ppm CaCl&sub2;, 55 ppm MgSO&sub4; und 176 ppm NaHCO&sub3;. Zu 48,5 ml von diesem Testwasser wurde eine Lösung von 5,1 mg FeCl&sub3; 6H&sub2;O in 1,5 ml Wasser gegeben. Während heftig gerührt wurde, wurde der pH-Wert mit NaOH (aq) auf 8,1 eingestellt und dann 2 Stunden lang gerührt. Dies führte zur Ausfällung eines Eisen enthaltenden Feststoffs, vermutlich FeO(OH) nH&sub2;O. Es wurde eine zweite Lösung hergestellt, die 100 ppm des Additivs (wie angegeben in Tabelle I) in 50 ml der Testlösung bei einem pH-Wert von 8,1 enthielt. Die beiden Lösungen wurden kombiniert und die Mischung wurde 17 Stunden lang bei 54º C gerührt. Dann wurde die Mischung durch eine 0,1 um Membran filtriert und die Menge des gelösten Eisens wurde durch Atomabsorption bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I angegeben. Die Beispiele 1 bis 6 gehören nicht zu der vorliegenden Erfindung, sind aber für Vergleichszwecke angegeben. Tabelle 1 Beispiel Additiv (50 ppm) gelöstes Eisen (ppm) ohne Ethylendiamintetraessigsäure Diethylentriaminpentaessigsäure Hydroxyethyliden-1,1-diphosphonsäure Aminotrimethylenphosphonsäure Catechol Catechol-4-sulfonsäure 4-Nitrocatechol Catechol-3,5-disulfonsäure 3,4-DihydroxybenzoesäureA test water was prepared containing 99 parts per million (ppm) CaSO4, 13 ppm CaCl2, 55 ppm MgSO4, and 176 ppm NaHCO3. To 48.5 ml of this test water was added a solution of 5.1 mg FeCl3 6H2O in 1.5 ml water. While stirring vigorously, the pH was adjusted to 8.1 with NaOH (aq) and then stirred for 2 hours. This resulted in the precipitation of an iron-containing solid, presumably FeO(OH) nH2O. A second solution was prepared containing 100 ppm of the additive (as indicated in Table I) in 50 ml of the test solution at a pH of 8.1. The two solutions were combined and the mixture was stirred at 54°C for 17 hours. Then the mixture was filtered through a 0.1 µm membrane and the amount of dissolved iron was determined by atomic absorption. The results are shown in Table I. Examples 1 to 6 do not belong to the present invention but are given for comparison purposes. Table 1 Example Additive (50 ppm) Dissolved iron (ppm) without Ethylenediaminetetraacetic acid Diethylenetriaminepentaacetic acid Hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid Aminotrimethylenephosphonic acid Catechol Catechol-4-sulfonic acid 4-Nitrocatechol Catechol-3,5-disulfonic acid 3,4-Dihydroxybenzoic acid
Aus den oben angegebenen Ergebnissen ist es klar ersichtlich, daß das Verfahren, bei dem die erfindungsgemäß benötigten Verbindungen verwendet werden, ein weit überlegeneres Mittel zur Auflösung von Eisenfeststoffen liefert als repräsentative bekannte Materialien, die herkömmlicherweise für diesen Zweck verwendet wurden.From the results given above, it is clearly evident that the process utilizing the compounds required by the present invention provides a far superior means of dissolving iron solids than representative known materials conventionally used for this purpose.
Eine Lösung von 50 ppm des Additivs in dem Testwasser bei einem pH-Wert von 8,1 wurde mit 1000 ppm Fe&sub2;O&sub3; (Hämatit, Teilchengröße = 0 bis 10 um) kombiniert. Diese Mischung wurde 17 Stunden lang bei 54º C gerührt und sich dann 1 Stunde lang ungestört absetzengelassen. Eine Probe wurde bei einer Tiefe von 50 % entfernt und auf Eisen durch Atomabsorption analysiert (nach Auflösung mit HCl). Die Ergebnisse sind in Tabelle II angegeben. Die Beispiele 11 bis 13 gehören nicht zur vorliegenden Erfindung, sind aber für Vergleichszwecke angegeben. Tabelle II Beispiel Additiv (50 ppm) dispergiertes Fe&sub2;O&sub3; (ppm) ohne Diethylentriaminpentaessigsäure Aminotrimethylenphosphonsäure Catechol-4-sulfonsäure Catechol-3,5-disulfonsäureA solution of 50 ppm of the additive in the test water at pH 8.1 was combined with 1000 ppm Fe₂O₃ (hematite, particle size = 0 to 10 µm). This mixture was stirred for 17 hours at 54ºC and then allowed to settle undisturbed for 1 hour. A sample was removed at a depth of 50% and analyzed for iron by atomic absorption (after dissolution with HCl). The results are given in Table II. The Examples 11 to 13 do not belong to the present invention, but are given for comparison purposes. Table II Example Additive (50 ppm) Dispersed Fe₂O₃ (ppm) Without Diethylenetriaminepentaacetic acid Aminotrimethylenephosphonic acid Catechol-4-sulfonic acid Catechol-3,5-disulfonic acid
Gewogene Weichstahlcoupons wurden durch senkrechtes Aufhängen über einer belüfteten Salzlösung (1 % NaCl) 24 Stunden lang vorkorrodiert. Dieses Verfahren ergab ein Ablagerungsgewicht von 700 mg ± 15 %. Zwei vorkorrodierte Coupons wurden in einem hohen Becherglas, das 900 ml der Testlösung enthielt, suspendiert. Die Testlösung mit einem pH-Wert von 7,0 bis 7,5 enthielt ein Additiv gemäß der folgenden Tabelle III, 500 ppm Ca²&spplus;, 100 ppm Mg²&spplus; und wurde bei 500 UpM und 25º C gerührt. Am Ende dieses Zeitraums wurden die Coupons entfernt und eine 50 cm³ Probe der Lösung entnommen. Diese Probe wurde durch ein 0,2 um Filterpapier filtriert, mit 2 Tropfen 1:1 HCl angesäuert und auf Gesamteisen durch Atomabsorption analysiert. Die Stahlcoupons wurden 1 Stunde lang bei 100º C getrocknet und gewogen. Die Coupons wurden dann mit inhibierter HCl gereinigt, mit Wasser und Aceton gewaschen und erneut gewogen, um das Endgewicht der Ablagerung zu bestimmen. Die Ergebnisse dieses Tests sind sowohl als lösliches Eisen als auch als Prozentsatz der Ablagerungsentfernung angegeben. Tabelle III Additiv Dosis, ppm Ablagerungsentfernung % lösliches Fe, ppm Blindprobe Catechol-4-sulfonsäure Catechol-3,5-disulfonsäureWeighed mild steel coupons were pre-corroded by hanging vertically over an aerated saline solution (1% NaCl) for 24 hours. This procedure resulted in a deposit weight of 700 mg ± 15%. Two pre-corroded coupons were suspended in a tall beaker containing 900 ml of the test solution. The test solution, with a pH of 7.0 to 7.5, contained an additive according to Table III below, 500 ppm Ca2+, 100 ppm Mg2+ and was stirred at 500 rpm and 25ºC. At the end of this period, the coupons were removed and a 50 cc sample of the solution was taken. This sample was filtered through a 0.2 µm filter paper, acidified with 2 drops of 1:1 HCl and analyzed for total iron by atomic absorption. The steel coupons were dried at 100ºC for 1 hour and weighed. The coupons were then cleaned with inhibited HCl, washed with water and acetone and weighed again to determine the final weight of the deposit. The results of this test are reported as both soluble iron and percentage of deposit removal. Table III Additive Dose, ppm Deposit Removal % Soluble Fe, ppm Blank Catechol-4-sulfonic acid Catechol-3,5-disulfonic acid
Tabelle III veranschaulicht die Fähigkeit der erfindungsgemäß benötigten Verbindungen zur Entfernung von Rost in hartem Wasser.Table III illustrates the ability of the compounds of the invention to remove rust in hard water.
Alle Eisenwechselwirkungstests für Calciumcarbonat-Schwelleninhibitoren wurden in dem folgenden Wasser durchgeführt: MgSO&sub4;7H&sub2;O 266,1 ppm, CaCl&sub2; 234,9 ppm, CaSO&sub4; ½H&sub2;O 199,9 ppm, Na&sub2;SO&sub4; 91,5 ppm und NaHCO&sub3; 498,3 ppm.All iron interaction tests for calcium carbonate threshold inhibitors were conducted in the following water: MgSO4 7H2O 266.1 ppm, CaCl2 234.9 ppm, CaSO4 ½H2O 199.9 ppm, Na2SO4 91.5 ppm, and NaHCO3 498.3 ppm.
Die Testlösung wurde hergestellt, indem in einem 1000 ml Becherglas zu dem obigen Wasser 1 ppm Hydroxyethyliden-1,1-diphosphonsäure (HEDPA) gegeben wurde und anschließend die angegebenen Mengen an Additiv gemäß Tabelle IV und dann wiederum 1 ppm Eisen(II)ionen, die aus einer wäßrigen Lösung von Eisen(II)sulfat erhalten wurden, zugegeben wurden. Das Gesamtvolumen der Lösung wurde auf 750 ml aufgefüllt. Die Testlösung wurde mit 500 UpM gerührt und in einem Wasserbad auf 60º C erhitzt. Der pH-Wert der Lösung wurde verfolgt und durch Zugabe von verdünnter HCl unter 7,3 gehalten. Nach Erreichen der benötigten Temperatur wurde 0,066 N NaOH mit einer Rate von 0,3 ml/min unter Verwendung eines automatischen Titrators zugesetzt.The test solution was prepared by adding 1 ppm hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid (HEDPA) to the above water in a 1000 ml beaker, followed by the specified amounts of additive according to Table IV and then again adding 1 ppm ferrous ion obtained from an aqueous solution of ferrous sulfate. The total volume of the solution was made up to 750 ml. The test solution was stirred at 500 rpm and heated to 60ºC in a water bath. The pH of the solution was monitored and maintained below 7.3 by adding dilute HCl. After the required temperature was reached, 0.066 N NaOH was added at a rate of 0.3 ml/min using an automatic titrator.
Der pH-Wert wurde während der Titration verfolgt und aufgezeichnet. Als Calciumcarbonat anfing auszufällen, wurde eine Abnahme oder ein Plateau beim pH-Wert beobachtet. Dieser Punkt wurde als der kritische pH-Wert bezeichnet. Schwelleninhibitoren wie HEDPA fungieren so, daß sie den kritischen pH-Wert erhöhen und daher die Krustenbildungsneigung des Wassers senken. Wenn Eisen mit dem HEDPA wechselwirkt (interferiert) wird ein Abnehmen der Schwellenaktivität durch eine Abnahme des kritischen pH-Werts beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefaßt. Beispiel 17 gehört nicht zur vorliegenden Erfindung, ist aber für Vergleichszwecke angegeben. Tabelle IV Kritischer pH für eine Additivkonzentration von: Beispiel Additiv Ethylendiamintetraessigsäure Catechol-4-sulfonsäure Catechol-3,5-disulfonsäureThe pH was monitored and recorded during the titration. When calcium carbonate began to precipitate, a decrease or a plateau in pH was observed. This point was referred to as the critical pH. Threshold inhibitors such as HEDPA function to increase the critical pH and therefore decrease the tendency of the water to form scale. When iron interacts (interferes) with the HEDPA, a decrease in threshold activity is observed due to a decrease in critical pH. The results are summarized in Table IV. Example 17 is not part of the present invention but is provided for comparison purposes. Table IV Critical pH for an additive concentration of: Example Additive Ethylenediaminetetraacetic acid Catechol-4-sulfonic acid Catechol-3,5-disulfonic acid
HEDPA ergab einen kritischen pH-Wert von 9,10 in Abwesenheit von Eisen(II)ionen und einen kritischen pH-Wert von 8,70 in Gegenwart von Eisenionen, was einen signifikanten Verlust der Schwellenaktivität angibt. Ein kritischer pH-Wert von 8,7 zeigt daher 0 % Aktivität durch das angegebene Additiv für die Entfernung der Eisenstörung an, während ein kritischer pH-Wert von 9,10 eine 100 %ige Aktivität anzeigt.HEDPA gave a critical pH of 9.10 in the absence of ferrous ions and a critical pH of 8.70 in the presence of iron ions, indicating a significant loss of threshold activity. Therefore, a critical pH of 8.7 indicates 0% activity by the specified additive for removing the iron interference, while a critical pH of 9.10 indicates 100% activity.
Wie in Tabelle IV gezeigt ist, ist Ethylendiamintetraessigsäure, ein üblicherweise verwendetes Chelatisierungsmittel, zur Beseitigung der Eisenwechselwirkung von HEDPA, das ein Calciumcarbonatkrusteninhibitor ist, völlig unwirksam. Andererseits stellte die Zugabe von Catechol-4-sulfonsaure oder Catechol-3,5-disulfonsäure bei 5 ppm den größten Teil der Schwellenaktivität von HEDPA wieder her.As shown in Table IV, ethylenediaminetetraacetic acid, a commonly used chelating agent, is completely ineffective in eliminating the iron interaction of HEDPA, which is a calcium carbonate crust inhibitor. On the other hand, the addition of catechol-4-sulfonic acid or catechol-3,5-disulfonic acid at 5 ppm restored most of the threshold activity of HEDPA.
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